книги из ГПНТБ / Дружинин, И. П. Космос - Земля. Прогнозы

наряду с этим не подлежит сомнению, например, роль крупных засух, пыльных бурь, заморозков и т. п. для общего баланса сельскохозяйственного производства. А поскольку указанные природные изменения, судя по ра­ нее приведенным материалам, могут быть связаны с космическими условиями, вероятно, последние должны учитываться и в прогнозах урожайности.

Попытка таких прогнозов делалась, например, Ф. Бауром [227], предусмотревшим засуху 1963 г. на основе солнечных данных. Но не одни солнечные данные должны быть использованы при построении прогнозов. Так, в ис­ следованиях В. Г. Нестерова [138] наилучшие результа­ ты получены не по сведениям о числе солнечных пятен, а на основе характеристик изменений приливообразую­ щих сил. Предвычиеленные даты вероятных засух в Поволжье за период 1866— 1964 гг. (ретроспекция) оп­ равдались в подавляющем большинстве случаев, как и засуха 1972 г., о возможности которой в 1971 г., когда была опубликована эта работа, не было никаких пред­ посылок, за исключением космических данных.

При всей перспективности подобного направления работ в области долгосрочного прогнозирования особое значение приобретают не глобальные, а локальные про­ гнозы погоды и урожайности, поскольку именно в этих случаях может быть наиболее полно отработана кон­ кретная схема прогноза.

Таблица 17

Сопоставление урожайности пшеницы в Омской области с солнечной активностью

Так, по материалам, приводимым Н. И. Княгиничевым [99], урожаи злаковых существенно коррелируют с солнечной активностью, что иллюстрируется, например, изменениями урожайности пшеницы в Омской области за период 1953—1967 гг. (табл. 17).

164

Однако практическое использование выявленных свя­ зей сильно затруднено необходимостью учета дополни­ тельных и превходящих факторов, которые зачастую не­ возможно предусмотреть в каждом конкретном случае. Иное положение, если взять данные об урожае предыду­ щего года и считать их интегральным выражением все­ го комплекса условий, определяющих урожай, исходя из того, что в смежные годы редко происходит сущест­ венное изменение организации сельскохозяйственного производства в одном, а тем более в группе районов.

В таком случае

Уi = f(wixi) ;

У1 - 1 = f ( w 1 * 2 ) ,

где y-v yt-i — урожаи расчетного и предшествующего годов;

w — индекс солнечной активности;

Х\,Х2 — итоговые параметры, представляющие весь комплекс факторов, которые встре­ чаются и возникают, пока солнечная ак­ тивность отразится на урожае.

Таким образом, если подобрать годы-аналоги по сол­ нечной активности, то прогностическая схема будет до­ вольно простой:

y2=yi=f(wiAx),

где Ах — изменение, вносимое человеком. Если же подобрать аналоги с Xj = Х2, то

У1=! (a>i0/-i).

Без учета многолетнего воздействия солнечной актив­ ности сумма урожаев двух лет будет

У1+У1- 1 = / (т~ , го) •

Солнечные данные использовали и в прогнозах забо­ леваний растений [135]. Экономический ущерб от этих болезней исключительно велик. Только при поражении фитофторой погибает до 60% урожая картофеля. При анализе многолетних сведений о частоте различных эпифитотий оказалось, что ржавчина пшеницы, милдью ви­ нограда, пыльная головня и ряд других болезней расте­

165

ний в своем распространении обнаруживают определен­ ную привязанность к различным фазам солнечного цик­ ла и зависят от состояния погоды, в основном темпера­

туры и влажности.

Авторам [135] удалось рассчитать вероятность появ­ ления тех или иных заболеваний в связи с 11-летним солнечным циклом. В частности, предполагается, что в течение б—7 лет после максимума солнечной активности 1968 г. «следует ожидать .нарастания вредности жел­ той и бурой ржавчины, пыльной головни пшеницы, фи­ тофторы картофеля и усыхания плодовых культур в нечерноземной зоне. Уменьшится вредоносность линей­ ной ржавчины, милдью винограда, незначительным ста­ нет поражение цитрусовых на Черноморском побережье Кавказа и усыхание абрикоса на юге Украины». Надо заметить, что этот прогноз уже отчасти подтвердился

[205].

Судя по всему, методические подходы к долгосроч­ ному прогнозированию циклических колебаний урожай­ ности сельскохозяйственных культур пока еще не имеют единой основы. Очевидно, назрела необходимость раз­ работки и последующей унификации методики прогно­ зирования с подключением в схему анализа данных о солнечной активности и других космических влияниях. Это влияние пока еще объясняется главным образом только посредством изменчивости погоды. Однако при всей важности метеофакторов нельзя исключить воз­ можность «прямого» космического воздействия на биоло­ гические процессы, для чего требуется изыскать подхо­ дящий объект наблюдений. Модель изучения влияния космических факторов на растительные организмы необ­ ходима и по другим причинам.

Дело в том, что по данным об урожайности, подвер­ женной влиянию множества факторов, прежде всего социального характера, трудно строить прогностические схемы. Как сведения об урожайности, так и метеороло­ гические данные имеют сравнительно недолгую историю и не отличаются особой точностью. Все это требует по­ иска такого объекта растительного мира, который бы обеспечивал возможно большую давность и точность на­ блюдений и реагировал на изменения внешней — косми­ ческой— и земной среды. Таким объектом, отвечающим указанным требованиям, по мнению ряда авторов, могут быть годичные кольца деревьев.

166

Прирост древесины и внешняя среда

Деревья чутко реагируют на изменения внешней среды шириной своих годичных колец. На эту реакцию еще в 1892 г. со всей определенностью обратил внимание одес­ ский лесовод Ф. Н. Шведов в своей знаменитой работе «Дерево как летолись засух» [207].

«В 1881 г. мне попался ствол акации... Рассматривая поперечный разрез этого ствола, я заметил, что годич­ ные кольца, ясно выделявшиеся на торцовой поверхно­ сти, следовали в отношении толщины определенному по­ рядку, образуя поочередные концентрические зоны сгу­ щения и разрежения».

Именно в этой статье впервые была сделана попыт­ ка прогноза погодных изменений по характеру изменчи­ вости годичных колец.

«Если бы это распределение наименьших толщин не было случайностью, а вытекало из постоянно повторяю­ щегося периода в количестве атмосферных осадков, то следовало ожидать, что в 1882 г. повторится второсте­ пенный, а в 1891 г.— главный минимум в количестве атмосферных осадков.

Этот сделанный мною в 1885 г. расчет уже тогда имел подтверждение в первой своей части тем, что 1891 г. оказался в Херсонской губернии сильно неуро­ жайным вследствие продолжительной засухи. Теперь же, в 1882 г., означенный расчет оправдался в полной мере для всей степной полосы России, и это дает мне право опубликовать как принятую мною дендрометрическую методику исследования осадочной деятельности атмо­ сферы, так и результаты, мною добытые» [207, стр. 163—165].

Уже тогда Ф. Н. Шведов четко определил условия, необходимые для использования дендрохронологических данных в целях прогнозирования природных изменений. В частности, он отмечал, что место произрастания рас­ тений имеет большое значение и, например, не годятся для этой цели деревья, растущие на поливных землях. В результате тщательных измерений многих деревьев были получены следующие выводы:

1.Сухие и влажные годы чередуются в определен­ ном порядке.

2.Год засухи наступает не внезапно; большей ча­

167

стью ему предшествует ослабление осадочной деятель­ ности атмосферы.

3. Минимум осадков повторяется через 9 лет, ещ больший промежуток — около 18 лет, то есть выражен­ ность засухи особенно велика примерно раз в два деся­ тилетия, но внутри этого периода наблюдаются вторич­ ные волны засушливости раз в 10 лет.

В целом, по выражению Ф. Н. Шведова, «годичные слои дерева представляют нам такую же достоверную летопись осадочной деятельности атмосферы, как и ли­ стки, снимаемые с самопишущих метеорологических аппаратов...». Но «как бы полны ни были наши позна­ ния относительно периодичности осадков в прошедшем, они должны иметь эмпирическое значение и не могут быть с уверенностью распространяемы на будущее до тех пор, пока не будет доказана неизменность той неиз­ вестной причины, которою эта периодичность обуслов­ ливается» [стр. 178].

Иначе говоря, без уяснения первопричин чередова­ ния ширины годичных колец Ф. Н. Шведов не «представ­ лял возможности достаточно надежного прогноза атмо­ сферных процессов.

В начале XX столетия астроном и ботаник из Ари­ зоны А. Дуглас получил убедительные доказательства влияния циклической деятельности Солнца на развитие растений [236]. Он был первым, кто не прошел мимо факта, показывающего, что из 3200 годичных колец од­ ного Мамонтова дерева — секвойи в среднем наблюдает­ ся 10—12 колец быстрого и столько же колец замедлен­ ного роста, и решился заявить, что многолетние расте­ ния не только фиксируют в своем приросте колебания климата, но и отражают цикличность деятельности Солнца.

Но между солнечной активностью и темпами разви­ тия растений нет линейной зависимости. Это понятно, ибо условия произрастания разных типов леса резко влияют на его прирост. Земные условия определяют многие особенности характера годичных колец. Но есть одна особенность, отмеченная еще А. Дугласом, которая дает дополнительное подтверждение существенности солнечно-биологических связей. Юна проявляется в том, что усиление жизненной активности деревьев наблюда­ ется ,не только на максимумах, но и на минимумах сол­ нечного цикла, хотя в последнем случае повышение

168

носит более скромный характер. Это особенно выпукло проявляется на материалах массовых наблюдений, ког­ да случайные факторы и местные условия развития растений нивелируются и на первый план выступают наиболее общие закономерности. Иллюстрацией этому служит график прироста деревьев в нескольких странах Европы (рис. 39).

Рис. 39. Прирост деревьев (1) и солнечная актив­ ность (2), по А. Дугласу, с использованием сум­ марных данных о приросте деревьев в лесах Англии, Норвегии, Швеции, Германии и Австрии

По современным представлениям [143], эта особен­ ность объясняется тем, что Солнце геоактивно как в годы максимального образования пятен, так и в годы их ми­ нимума. Но физическая природа излучений в разные эпохи солнечной деятельности различна. Вблизи макси­ мума 11-летнего цикла главную роль играют корпуску­ лярные потоки, выбрасываемые во время мощных хромосферных вспышек. Незадолго же до минимума 11-летнего цикла наибольшего развития достигает другой вид кор­ пускулярного излучения, выбрасываемого из так назы­ ваемых М-областей Солнца, не связанных с какими-либо выдающимися солнечными образованиями. Эти области существуют в течение многих оборотов Солнца, и с ни­ ми связана, например, 27-дневная повторяемость (ре­ куррентность) магнитных бурь, характерзующихся в от­ личие от бурь с внезапным началом (вспышечного про­ исхождения) постепенным развитием и умеренной интен­ сивностью.

максимумов и минимумов 11-летнего цикла неодинако­ ва, значит, можно ожидать разной реакции живых ор-

169

ганнзмов в различные фазы развития солнечной актив­

ности.

Дендрохронологическне исследования по своим по­ тенциальным возможностям могут оказаться эффектив­ ным инструментом познания сущности солнечно-биоло­ гических связей. Исследуя записи о древесных кольцах

с1925 г. до нашей эры и по 1905 г., И. В. Максимов

[126]обнаружил, что средняя длительность «векового» цикла у секвойи составляет 84 года, но его амплитуда сильно варьирует, в результате чего образуются циклы большего масштаба — порядка 600 лет, что является еще одним подтверждением наличия крупномасштабных кос­ мических изменений. Видимо, в жизнедеятельности ра­ стений отражаются не только 11-летние, но и иные ва­ риации солнечной активности.

Образно говоря, каждый встреченный «а нашем пути пень не только фундамент когда-то работавшего бюро погоды, но и миниатюрная обсерватория, дающая огромную информацию о жизни Земли и Космоса.

Еще К. А. Тимирязев [181] показал, что растения способны переводить лучистую энергию Солнца непо­ средственно в химическую энергию органических веществ. С другой стороны, повседневная практика свиде­ тельствует, что развитие растений определяется кон­ кретными условиями сезона и местности, которые в свою очередь также во многом зависят от состояния деятель­ ности Солнца. Таким образом, влияние солнечной ак­ тивности может быть прямым и опосредованным через климатогидрологические условия. Если между погодой, ростом деревьев и солнечной активностью существуют те или иные связи, значит, ширина колец деревьев мо­ жет служить прогностической информацией не только для будущего развития растений, но также для погоды и самой солнечной активности.

Кроме того, мы не можем уловить всей сложности работы солнечной машины. Наблюдения за пятнами или другими внешними проявлениями солнечной актив­ ности не только сравнительно краткосрочны, но и да­ леко не полноценны, ибо не могут отразить всего много­ образия и тонкостей воздействия солнечных факторов на земные явления. К этому следует добавить, что сол­ нечное воздействие сильно преобразуется при подходе к земной атмосфере и значительно трансформируется при «приеме» биологическими объектами.

170

В результате сочетания действия земных и космиче­ ских сил образуется сложная гамма колебаний биологи­ ческих процессов, что проявляется и в динамике раз­ вития растений, ибо на их прирост оказывают влияние самые различные факторы: плотность и высота насаж­ дений, температура и увлажненность местности и мно­ гое другое.

Для выяснения структуры цикличности прироста де­ ревьев необходимо провести целый комплекс вычисли­ тельных работ. Одним из первых за эту задачу взялся уральский лесовод Г. Е. Комин [104], исследовавший ширину колец 879 деревьев с общей продолжительно­ стью хронологических рядов около 12 тысяч лет.

Проведенный анализ показал, что для прироста де­

кретном случае эти циклы подвержены большим ва­ риациям. Анализируя природу выявленных периодов, автор пришел к выводу, что большая часть колебаний прироста может быть связана с «солнечнообусловленными» изменениями циркуляции атмосферы, которые преломляются в динамике растений через повторяемость засушливых и влажных лет. Действительно, в наборе выявленных циклов можно найти периоды, отвечающие 17—19-летней волне приливных сил Луны и Солнца, 30—40-летнему брикнерову циклу, а также 80-, 11- и 5-летние периоды, для которых не исключена связь с аналогичными периодами природных явлений, обуслов­ ленными особенностями солнечного воздействия на зем­ ные процессы. К тем же выводам пришел М. И. Роза­ нов на основе спектрального анализа дендрохронологических данных [159].

Каждый тип леса отличается спецификой динамики прироста. Но в любых случаях определяется то или иное влияние и солнечной активности. Например, арча повсеместно активизировала плодоношение на максиму­ мах солнечных циклов 1957 и 1968 гг. Предполагается, что такая синхронность обусловлена непосредственным воздействием электромагнитных составляющих солнеч­ ного излучения на генеративные органы можжевель­ ника [137].

В районах со сходным режимом атмосферной цир­ куляции древеснокольцевые хронологии совпадают меж­ ду собой иногда на расстоянии 1000 км. Более того,

171

найдено сходство хронологии деревьев Внутренней Аляски и Полярного Урала, что еще раз свидетельству­ ет о единстве факторов, определяющих циклические колебания прироста растений. Попытки найти связь между характеристиками макроциркуляционных процес­ сов атмосферы и прироста растений, возможно, окажут­ ся полезными в деле прогнозирования природных явле­ ний. Однако для этого необходимо тщательное изучение не только структуры цикличности, но и природы воз­ никновения тех или иных периодов колебаний, хотя уже само знание характеристик циклов имеет прогно­ стическое значение.

В Аризонском университете было собрано с 1955 по 1967 г. более тысячи живых деревьев, среди которых одно достигало возраста 4600 лет, то есть хронология была продолжена до 2637 г. до нашей эры. Путем пере­ крестных сопоставлений с сухими (мертвыми) деревья­ ми удалось продлить эту шкалу до 5150 г. до нашей эры, в результате чего получена непрерывная дендрохронологическая таблица протяженностью 7117 лет [105]. При исследовании вариаций более миллиона годичных колец отмечается несомненная связь их раз­ меров с солнечной активностью и возможность получе­ ния по ним весьма устойчивых статистических вероятно­ стей засух и влажных периодов.

Но даже при сравнительно небольших исходных данных можно строить прогнозы. Литовский дендрохро­ нолог Т. Т. Битвинскас [27] показал, что если дина­ мику годичного прироста сосны в целом определяет температурный режим, то особенности этой динамики это основным типам местопроизрастания зависят глав­ ным образом от режима влажности почв. Наряду с этим найдено, что наиболее тесная связь прироста де­ ревьев с солнечной активностью выявляется при сопо­ ставлении колебаний годичных индексов по 22-летним циклам.

На основе таких расчетов был представлен прогноз на период 1958—1979 гг. Разница между предвычисленяой и фактической величинами средней амплитуды го­ дичного прироста составила всего 4%.

Еще одним интересным объектом изучения солнечно­ биологических связей могут служить микроорганизмы. Зволюционно они относятся к растительному миру, по­ этому способность растений реагировать на факторы

172

внешней среды закономерно распространяется и на микромир. Особенно ярко это проявляется в изменениях численности и ферментативной активности почвенных микроорганизмов, от которых зависит динамика накоп­ ления в почве связанного азота. Известно, что одно только внесение азота с органическими и минераль­ ными удобрениями не может даже в ближайшем буду­ щем обеспечить потребности развивающегося растение­ водства. 'Поэтому вопрос об участии микроорганизмов в фиксации почвенного азота — один из главных в агро­ номической науке и практике.

Доказано, что значительная часть азота, вносимого в почву с удобрениями, может превратиться в молеку­ лярную форму и будет удалена из сферы развития рас­ тений в результате деятельности денитрифицирующих бактерий. С другой стороны, деятельность азотфиксирующих микроорганизмов пополняет ресурсы почв.

Работами эстонских микробиологов [156] установ­ лено, во-первых, что деятельность почвенных микроор­ ганизмов не прекращается и после окончания вегета­ ционного периода и даже в промерзшей почве соверша­ ются весьма активные изменения. Так, численность ам­ монифицирующих бактерий в течение всего 1965 г. была постоянной, но с января 1966 г. стала резко возрастать и оставалась относительно высокой и в дальнейшем. В соответствии с этим даже зимой увеличивалось содер­ жание в почве аммиачного азота. Аналогичным образом вели себя и нитрифицирующие бактерии, число которых с начала 1966 г. выросло примерно в 10 раз и остава­ лось высоким в последующие годы. Все эти наблюдения проводились в специальных биометрах — свободных от растительности участках различных типов почв с опре­ деленными условиями их содержания и необходимыми контролями. Поэтому полученные данные по разным типам почв и по различным микроорганизмам, зафик­ сированные по множеству тестов, являются вполне представительными.

Весьма интересна одномоментность резких измене­ ний жизнедеятельности разных микроорганизмов, что свидетельствует об общности влияющих на эти процессы факторов. В частности, в тот же период 1966 г. одно­ временно с вышеуказанными микроорганизмами повы­ силось число аммонифицирующих, аэробных целлюлозо­ разлагающих бактерий и водорослей, использующих

173